水域综合物探技术在环境地质调查中的应用

徐 辉 陶建飞 李 烨

1.江苏省地质勘查技术院 江苏 南京 210008

2.南京际华集团3503 江苏 南京 210017

围绕江苏沿海开发建设的发展战略，针对近海海域开发缺少全面系统的基础性地质资料问题，针对该区可持续发展所面临的地质环境问题、高强度开发引起的地质环境承载力和地质灾害问题，在充分利用和整合已有地质科研成果的基础上，以现代地质科学与理论为指导，综合运用水域多道浅层地震勘探、浅地层剖面测量以及海洋磁法测量三种物探方法，目的是查明各岛屿附近海域的地层、断裂构造，掌握岛屿附近海域的工程地质条件以及水下地形、沙丘分布规律，为地调工作提供物探依据。

1 工作区概况

前三岛大地构造位置处于苏鲁造山带区域内。苏鲁造山带是秦岭—大别山造山带的东延部分，该区域陆域部分主要分布有太古代—下元古代的东海岩群、中元古代锦屏岩群、中晚元古代云台岩群和震旦纪石桥组，均由变质岩系构成。岛屿地表分布地层为中晚元古代云台岩群，岩性为变粒岩，夹浅粒岩等。

开山岛位于淮阴—响水断裂南侧的扬子地层区内，出露南华纪周岗组（Nh1z）地层，其主要岩性为变质长石石英砂岩、千枚状砂质泥岩、千枚状砂砾岩。该岛相邻陆域部分未见基岩出露，为大范围第四系厚覆盖区，但钻探揭示在淮阴—响水断裂以南的陆域部分的第四系覆盖层下有南华纪周岗组分布。

2 物探方法与技术

2.1 水域浅层多道地震探测

（1）仪器设备

本次投产地震仪为美国Geode数字地震仪，它具有动态范围大、分辨率高等特点；震源采用空气枪及与其匹配的空压机；接收装置采用专用的水上漂浮电缆，由装在特制塑料管中的压电晶体（又称水听器）构成。主频80Hz，道距4m，道数24道，每道由4个水听器组合构成。为保证接收信号的真实性，工作中采用通频带接收、连续、自动记录方式。

（2）试验工作

本次水域浅层多道地震探测在施工前进行了零偏扩展排列试验，据有效反射相位及干扰相位识别与分析，选取最佳偏移距。资料反映基岩反射相位分别从第6道以后才可以辨别，为保证基岩反射信号的叠加次数并且兼顾浅部覆盖层内的反射信号，最佳偏移距选取为20m，据此确定最佳偏移距后才正式施工。

（3）施工方式

本次施工采用拖拉式连续航行和定时激发、接收方式，即将接收电缆牵挂在工作船尾部向后延伸，激发源气枪同挂在船尾，伸入水下一定深度，并与电缆保持一定距离，实行连续航行、定时激发和记录。施工时选用共反射点叠加技术，叠加次数为6次。

本次水域浅层地震勘查选用的技术参数为：激发气压9MPa，电缆入水深度1.5m，震源入水深度1.5m，偏移距20m，炮间距8m，道间距4m，记录长度512ms，采样率0.5ms，航行速度2.5-3节。

（4）地震数据处理

常规处理，一般流程为：频谱分析→频率滤波→速度扫描→动校正叠加等，形成初步反射地震时间剖面，主要作为外业质量监控用。

后期处理，除常规处理外，还包括预测反褶积、剩余静校正、多次速度分析、时剖偏移、去噪等特殊处理，以达到突出有效波、压制干扰波之目的，形成最终反射地震时间剖面，作为成果解释用。

（5）速度求取及图件编绘工作

地震波速度是时-深换算中最重要的参数，本次求取的速度参数采用了下述两种方法：一是根据钻孔资料反算的速度；二是利用本次反射资料求取的叠加速度进而换算出层速度和平均速度。通过对上述两种方法求取的速度进行综合分析，以平均速度资料为基础，参考反算的速度资料，由浅至深取为1500-2200m/s，进行反射界面的时深换算。

根据地震时间剖面，进行有效反射相位对比和同相轴追踪，首先控制标准层位（如基岩反射）的连续追踪，其次对覆盖层内层位进行对比分析，力求连续准确。在以上相位划定基础上，根据上述速度资料进行时深换算，再结合地质资料分析，构制各测线的解释剖面图。

2.2 浅地层剖面测量

（1）仪器设备

浅地层剖面测量采用英国AAE公司生产的CSP—D浅地层剖面测量系统，该系统由发射、接收两部分组成，接收采用20单元水听器。

（2）外业施工参数选择

正式施工前，选择BOOMBER震源和电火花震源，能量从100-2000J，每100J增量的能量试验，最终选择BOOMBER震源300J档，信噪比最高，效果最佳。剖面分辨率比较高，信噪比好，能够清晰反映海底形态及其下地层分层。通过试验，工作船速控制在3节左右。

（3）资料整理与解释

资料整理包括导航定位资料的整理、原始剖面复制、各种参数值的量取与计算，以及成果图件的绘制。

1）导航定位资料的整理

校对定位坐标成果资料，包括检查其线号、工作日期、剖面方向、点号等与定位记录数据、定位草图的统一性，并提交最终定位成果。

绘制航迹图，即将定位坐标成果展布于地理底图之上，并在最终提交的成果中标明相应的观测日期和时间。

2）原始剖面的复制

将浅地层剖面测量的原始记录剖面按同比例尺直接扫描，并按剖面顺序装订成册。

3）潮位校正

为获得准确的解释成果，每次施工时均在固定地点测定施工时间段内相对于废黄河零点的潮位高度，并将潮位高度的测定结果代入解释剖面中，由此确定最终解释成果。

4）图件编绘

本次浅地层剖面测量工作的最终成果主要包括浅地层测量时间剖面图，各测线解释剖面图以及海底地形图。

2.3 海洋磁法测量

本次海洋磁法测量采用美国PROTON 4质子磁力仪。该系统包括磁力拖鱼、数字接收系统及高强度拖缆。

采用拖曳走航式探测，数据采集间隔1s，最终成ΔT异常剖面图，用于本区基岩中磁性地层基底分布范围的圈定和沉船等铁磁性异物的识别。

3 数据分析及物探资料解释

3.1 浅层地震层序划分

地震时间剖面图显示，除基岩反射波组Tg外，覆盖层内最多存在四组连续性较好、振幅较强的地震反射波组，分别为T1、T2、T3、T4，相应地可以将覆盖层划分为五层。

3.2 浅地层剖面层序划分

浅地层剖面图一般可见3-4组有效反射相位，局部遇有埋藏较浅的基岩时（图1），可见基岩反射波组，

图1 浅地层剖面图

3.3 物探资料解释

根据本次在开山岛及前三岛海域所获得的物探资料，结合区域地质以及钻孔资料，将浅层地震资料作出地层结构划分以及断点发育特征的解释，结合相关资料，对区内断裂发育进行初步解释；对浅剖资料进行地层结构划分的解释，分析区内工程地质结构，并对海底地形进行描述；根据海磁资料对海底磁性异常体进行分析。

4 结论

本次工作在开山岛海域布置了浅层地震、浅地层剖面和海洋磁法三种物探方法，各方法所获资料解释结论如下：

（1）浅层地震资料结果显示：测线范围内基岩反射波组震相突出，西浅东深，埋深235-375m；覆盖层内存在4组连续反射波组，可将覆盖层分为5个物性层；在测线的3414m处和4001m处基岩反射波组出现错断，推测为断裂所引起（f1断点、f2断点），在根据区域地质资料推断，此二断点应属于淮阴响水断裂。

（2）浅剖资料结果显示，开山岛海域水底高程为-3—-10m之间，在测区西部有一条航道，航道宽约200m，最大水深在15m左右；浅部地层大致可以分为3个标准层位，最大探测深度超过35m；在K1-K5测线西侧相邻区域第一物性层底界反射界面均出现下凹特征，推测为古河道；在局部测线发现埋藏较浅的基岩反射波组，其反射特征差异显著，基岩最浅高程为-16m。

（3）海洋磁法测量资料显示：开山岛海域基底组成比较复杂，为不同时代不同岩性基底所构成，在断层发育处出现了大地磁场值的拐点，磁测结果客观反映了海域基底的磁性情况；磁测结果显示的尖锐磁异常为航标或信号塔等铁磁性物质所引起。

在前三岛海域布置了浅地层剖面和海洋磁法两种物探方法，各方法资料解释结论如下：

（1）浅地层剖面各测线的资料进行综合分析可见：前三岛附近海域海底高程在-19—-32m之间，海底地形起伏明显，常见小-中等规模沙波、沙丘发育；该海域大部分浅地层剖面可以识别出4-5个声学反射波组，部分测线仅识别出3组反射波组，最大探测深度超过60m；Q3、Q4、Q13测线发现基岩反射波组，其上下反射特征差异明显，基岩最浅高程仅-26m。

（2）海洋磁法测量资料显示：该海域地磁场强度变化较大，由磁性基岩引起的地磁强度的变化明显，局部存在海底铁磁性沉积物所引起的地磁异常。

本次综合物探资料详实可靠，解释合理准确，满足本次地质调查预期要求。